(57)【要約】【課題】  汚泥の可溶化処理を行い、生物学的リン除去のための炭素源あるいはその前駆物質を生成することで、生物学的リン除去の安定化ならびにリン資源回収の効率化が図れるとともに、余剰汚泥の排出量も削減が可能となる既存廃水処理プロセスの改善を目的とする。【解決手段】  処理システムには、難分解性有機物を含む一次廃水が流入する高温高圧水処理装置１１と、生物処理装置１０と、沈殿槽１２と、ＭＡＰ法によってリン資源を取り出すリン処理装置１３とが設けられている。生物処理装置１０には、嫌気槽１４と無酸素槽１５と好気槽１６とが設けられている。この構成によれば、既存設備に大きな改造を加えることなく、高温高圧水処理装置（可溶化設備）を増設するだけで、余剰汚泥量の低減化・リン資源のリサイクル等を図ることができる。【選択図】          図７
2005230669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
難分解性有機物を含む廃水を高温高圧水反応に供して、前記難分解性有機物を生物分解性有機物である易分解性有機物または遅分解性有機物に変化させた後、この廃水を嫌気条件下での微生物処理および好気条件下での微生物処理を行うことを特徴とする廃水処理方法。
【請求項２】
難分解性有機物を含む一次廃水が流入する高温高圧水処理装置と、この高温高圧水処理装置によって処理された二次廃水が流入すると共にこの二次廃水を微生物で処理する生物処理装置と、この生物処理装置から排出される廃水が流入すると共に固形物を沈殿させて処理後の溶液部分を処理済廃水として排出する沈殿槽とを備えたものであって、前記生物処理装置には、前記二次廃水が流入する側から順に嫌気槽と好気槽または嫌気槽と無酸素槽と好気槽とが設けられていることを特徴とする廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理方法、および廃水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の処理・処分に際しては、発生抑制を最も優先させるべきであると、循環型社会形成推進基本法には記されている。すなわち、廃水処理施設から発生する余剰汚泥についても、その発生を抑制することが第一に求められている。このような背景のもと、余剰汚泥の減容化が求められており、現在、余剰汚泥を可溶化し再び生物反応槽に戻すことによる余剰汚泥発生の抑制技術の開発が進められている。これまでに可溶化技術として、オゾン反応、湿式ビーズミル、高速回転ディスク、超音波、高温高圧水反応、好熱細菌などが検討されている。
【０００３】
このうち高温高圧水は反応の際、エネルギーや装置コストを要するものの、水のみを反応溶媒としており反応系が簡易で済むことに加え、反応時間が短くて済むことから注目されている。ここで余剰汚泥の可溶化・基質化が余剰汚泥の排出削減技術となり得るか否かを評価するためには、反応後の汚泥を循環させた時の活性汚泥プロセスの挙動や物質フローの解析が必要となる。しかし、これまでは可溶化に着目した研究が多く、反応後汚泥の特性については十分な知見は未だに得られていなかった。
【０００４】
第五次水質総量規制では、富栄養化対策のために従来のＣＯＤに加えて窒素やリンも規制される。よって、事業場での廃水処理には、放流水質の向上という社会的責務を果たすことにとどまらず、余剰汚泥の発生制御等の総合的な環境負荷低減が求められている。一方、リン資源の希少性が世界的に強く意識されており、各国ではリン資源の枯渇対策に戦略的な取り組みが始められている。廃水からのリン除去が求められている中、廃水の余剰汚泥から効率良くリンを回収するには、廃水中のリンを活性汚泥に十分に蓄積させる必要がある。つまり、安定して生物学的リン除去を行うことが必須となる。
【０００５】
一方、生物学的リン除去において主要な役割を担うポリリン酸蓄積細菌群の炭素源となる酢酸やプロピオン酸は、廃水中にはほとんど含まれていない。酢酸やプロピオン酸は、嫌気状態において微生物の発酵プロセスにより生成されるが、これら有機酸の前駆物質となる発酵可能な有機物が廃水に含まれる割合は低い。したがって、安定して生物学的リン除去を行うことは、現状の廃水処理施設では困難な状況である。このため、余剰汚泥の可溶化処理液を生物学的リン除去の炭素源として供給することができれば、生物学的リン除去の安定化・リン回収の効率化が図れると共に、余剰汚泥の発生量も削減できることから新しい廃水処理システムの構築が可能になると考えられる。
【０００６】
ところで、本発明者らは、高温高圧水反応の機構解明、およびその応用研究を継続して行っている。例えば、特開２００３−２５１３７４号公報には、難分解性物質を含有する廃水に高温高圧水反応を行う方法が開示されている。この研究開発を進めて、更に有効な廃水処理システムを構築することができる。
【特許文献１】特開２００３−２５１３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、廃水の生物処理前に高温高圧水処理を行い、難分解性有機物の構造変化を起こし、生物処理が可能な形態に転換することを目指した。すなわち本発明は、既存の廃水処理プロセスに高温高圧水反応を導入することで、余剰汚泥の可溶化処理を行い、生物学的リン除去のための炭素源あるいはその前駆物質を生成することで、生物学的リン除去の安定化ならびにリン資源回収の効率化が図れるとともに、余剰汚泥の排出量も削減が可能となる既存廃水処理プロセスの改善を目的とする。
【課題を解決するための手段、発明の作用、及び発明の効果】
【０００８】
上記の課題を解決するための廃水処理方法は、難分解性有機物を含む廃水を高温高圧水反応に供して、前記難分解性有機物を易分解性有機物または遅分解性有機物に変化させた後、この廃水を嫌気条件下での微生物処理および好気条件下での微生物処理を行うことを特徴とする。
「難分解性有機物」とは、微生物が処理することが困難な物質一般のことを意味しており、例えば、高分子有機化合物や環状化合物が例示される。本明細書においては、全ＣＯＤからＢＯＤ5を差し引いたものと定義した（なお、各記号の意味については、後に詳述する）。また、処理水質への影響を考慮するため、難分解性有機物を更に溶解性難分解性有機物（ＳI）と固形性難分解性有機物（ＸI）との２成分に分類した。汚泥処理液中の全ＣＯＤCr、ＢＯＤ5、ＯＵＲ、及びＣＯＤCrを用いた溶解性難分解性有機物に対する酸素要求量（以下ＳI）を測定し、ＯＵＲよりＳSを、ＢＯＤ5からＳSを減算することによってＸSを、汚泥処理液の全ＣＯＤCrから、ＳS、ＸS、ＳIを減算することによりＸIを求めた。
【０００９】
「易分解性有機物」とは、微生物が容易に分解を行える有機物のことであり、具体的には、グイヤーら（Gujer et al.: Wat. Sci. Tech. 25(6),25-139, 1992.）の方法に従って測定することができる。
「遅分解性有機物」とは、本明細書中において、ＢＯＤ5から易分解性有機物濃度を差し引いたものと定義する。
「高温高圧水」とは、温度条件としては、下限値として約３００℃、上限値として約５００℃（好ましくは約４００℃）であり、圧力条件としては、前記温度における水の飽和蒸気圧以上の圧力であり、そのような温度と圧力を示す水のことを意味する。また、高温高圧水処理の時間としては、反応温度によるが、約３５０℃以上においては約７分間以上、約３００℃においては約２７分間以上の処理時間で十分に良好な結果を得ることができる。
【００１０】
また、微生物処理は、嫌気条件下および好気条件下の二つの条件において行う。これは、（１）嫌気条件下において、微生物の発酵プロセスによって生物分解性有機物（易分解性有機物および遅分解性有機物）から酢酸・プロピオン酸といった有機酸を生成させておき、次に（２）好気条件下において、それらの有機酸を用いて微生物によるリン除去を行わせるという手法を取るためである。
本発明によれば、難分解性有機物を含有する廃水に高温高圧水処理を施すことにより、全有機物量を減少させると共に、難分解性有機物を易分解性有機物及び遅分解性有機物に変化させておくので、微生物による分解量を増加させ、汚泥量を減少させることができる。また、嫌気条件および好気条件の二段階で廃水を微生物処理することで、リン除去を行わせることができる。
【００１１】
また、本発明においては、微生物処理を行った後の廃水を沈殿処理し、そのときの沈殿を高温高圧水反応に供して、再び前記微生物処理を行うことが好ましい。
微生物を用いて廃水を処理するためには、リンが必須の成分である。このため、現在の廃水処理施設においては、リン分の少ない廃水に対しては、別途にリン分を微生物処理時に添加する必要がある。ところが、本発明によれば、微生物処理を行った後に沈殿となったもの（微生物の死骸等）を高温高圧水反応にかけるので、その微生物に取り込まれたリン分を可溶化成分として、再び微生物処理を行う。このため、いわば系内でのリン分リサイクルシステムが形成されることになる。この方法は、特にリン分の少ない廃水に対して有効なものとなる。
【００１２】
また、本発明に係る廃水処理システムは、難分解性有機物を含む一次廃水が流入する高温高圧水処理装置と、この高温高圧水処理装置によって処理された二次廃水が流入すると共にこの二次廃水を微生物で処理する生物処理装置と、この生物処理装置から排出される廃水が流入すると共に固形物を沈殿させて処理後の溶液部分を処理済廃水として排出する沈殿槽とを備えたものであって、前記生物処理装置には、前記二次廃水が流入する側から順に嫌気槽と好気槽とが設けられていることを特徴とする。
この廃水処理システムによれば、廃水を微生物処理するに際して、予め高温高圧水処理を施しておき、嫌気槽および好気槽の二つの槽で微生物処理を行うことで、廃水中の有機物の処理割合を増加させると共に、リン分を回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【００１４】
＜試験方法＞
１．余剰汚泥
愛知県内の佃煮製造工場内に設置されている廃水処理施設の嫌気好気活性汚泥を好気槽の末端から採取した。この汚泥のＭＬＳＳ（反応槽内汚泥濃度）は、１６０００ｍｇ-ＳＳ／Ｌ程度であった。ここでは、この汚泥を重力沈降で濃縮し、２２０００ｍｇ-ＳＳ／Ｌに調整した。
【００１５】
２．高温高圧水処理実験装置
図１には、実施例に使用した高温高圧水処理装置１（以下には、単に「処理装置１」と記載する）を示した。この処理装置１には、温度制御可能な溶融塩槽２（例えば、TSC-006型ハステロイ製（耐圧硝子工業）を用いることができる）と、その溶融塩槽２の内部に浸漬される耐熱・耐圧な密閉型の処理容器３（例えば、上記TSC-006型ハステロイ製を用いることができる）と、圧力センサ４とが設けられている。
【００１６】
溶融塩槽２の内部には、ヒータ６と回転翼５が設けられており、ヒータ６を付けた状態で、回転翼５を回転させることによって、溶融塩槽２内の液体を混合して、均一な温度とすることができる。なお、ヒータ６には、図示しないコンピュータが設けられており、溶融塩槽２内の温度を所定の範囲内に制御することができる。この処理装置１では、溶融塩槽２の内部を約１５０℃〜約５００℃の範囲内で温度制御することが可能となっている。
【００１７】
また、処理容器３は、例えば、ハステロイ（Ni、Cr、Mo など）から構成することができ、その容積は65.9 ml である。処理容器３の上部には、蓋体が取り付けられるようになっており、処理容器３の内部空間を密閉した状態で、適度な温度とすることができる。試験時には、処理容器３の内部に任意の倍率で希釈した試料を投入し、上蓋を容器に載せて密閉する。その後、処理容器３と圧力センサ４とを接続する。
処理容器３を密閉した後、予め設定温度に加熱しておいた溶融塩槽２に処理容器３を投入し、この時点を０分として、高温高圧水処理を開始させる。また、圧力は、処理容器３に投入するサンプル容量を適宜に変更することにより調節した。
【００１８】
目的とする処理時間が経過した後、処理容器３を溶融塩槽２から引き上げ、処理容器３全体を水中に浸漬し、室温程度まで冷却する。その後、処理容器３内の試料を回収し、後の処理を施した。
なお、上記の処理装置１は、バッチ式のものであるが、連続式のものを用いることもできる。
【００１９】
３．可溶化処理条件
余剰汚泥の可溶化処理条件として、（１−１）２００℃、６.９分間、（１−２）２００℃、２６.９分間、（２−１）２５０℃、７.４分間、（２−２）２５０℃、２７.４分間、（３−１）３００℃、７.４分間、（３−２）３００℃、２７.４分間、（４）３５０℃、７.４分間、及び（５）４００℃、７.４分間とした。処理温度については、亜臨界水条件では２００、３００、３５０℃に、超臨界水条件では４００℃に設定した。各処理条件における圧力は、亜臨界水条件下では飽和水蒸気圧、超臨界水条件では３０ＭＰａとした。処理時間については、反応容器内が目的温度の９０％に達したときからの経過時間と定義して表示した。
【００２０】
４．分析方法
溶存性成分の定量は、分析前にＧＦ／Ｃフィルター（孔径1.2μｍ、Ｗｈａｔｍａｎ）を用いて、ろ過したサンプルを用いた。化学的酸素要求量（ＣＯＤcr）の測定には、ＣＯＤ分析キット（ＤＲ２０００、ＨＡＣＨ）を用いた。生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）およびＭＬＳＳの測定は、日本下水道協会の下水試験方法（１９９７）に従った。全有機炭素（ＴＯＣ）および溶存性有機炭素（ＤＯＣ）の測定には、全有機炭素計（島津製作所、ＴＯＣ−ＶＥ）を用いた。酢酸およびプロピオン酸の測定には、高速液体クロマトグラフィー（島津製作所、ＬＣ−ＶＰ）を用いた。高速液体クロマトグラフィーのカラムとして、Ｓｈｉｍ−Ｐａｃｋ  ＳＣＲ−１０２Ｈ（島津製作所）を２本連結したものを用いた。
【００２１】
５．有機物成分の分画
本実施例では、可溶化処理液のＴ−ＣＯＤcrを生分解性の観点から、易分解性有機物、遅分解性有機物、溶解性難分解性有機物、及び固形性難分解性有機物の４成分に分画した。易分解性有機物の測定については、グイヤーら（Gujer et al.: Wat. Sci. Tech. 25(6),25-139, 1992.）の方法に従った。可溶化処理液を基質として酸素消費速度（ｏｘｙｇｅｎ  ｕｐｔａｋｅ  Ｒａｔｅ；ＯＵＲ）試験を行うと、図２に示したような曲線が得られる。図中に囲まれた面積値Ｓsoを（１−Ｙ）で除することにより、易分解性有機物濃度が推定される。ここで増殖収率Ｙは、文献値である０.６３を用いた（Henze, M. et al., Activated Sludge Model No.2, Scientific and Technical Report No.3, International Association on Water Quality, 1995）。
【００２２】
遅分解性有機物の測定については、グイヤーらは、下水を対象とした活性汚泥モデルの一部を利用したシミュレーションによる推定を提案しているが、食品加工系廃水処理汚泥の可溶化処理液への適用には懸念がある。そこで本実施例では、ＢＯＤ5から易分解性有機物濃度を差し引いたものを遅分解性有機物濃度と定義した。
溶解性難分解性有機物（Ｓｌ）の定量方法について説明する。まず汚泥処理液と、ＭＬＳＳを測定した後に、遠心分離を用いて液相中の有機物を除去した活性汚泥を三角フラスコに投入した。それぞれの濃度はＦ／Ｍ比が0.1となるよう調整した。次に、好気条件下において８時間処理を行うことによって、易分解および遅分解性有機物を除去した。その後、フィルター（孔径：0.45μm）を用いてろ過を行い、得られたろ液のＣＯＤCrをＳIとして定量した。
固形性難分解性有機物については、Ｔ−ＣＯＤcrからＢＯＤ5とＳｌを引いたもの（つまり、全有機物濃度から易分解性有機物濃度と遅分解性有機物濃度と溶解性難分解性有機物を引いたもの）と定義した。
これまでに、高温高圧水を用いた汚泥の可溶化は検討されているが、汚泥処理液中の難分解性有機物が固相、液相双方にどれくらいの割合で存在しているか検討した例はない。難分解性有機物が固相に存在していた場合、沈殿槽による固液分離によって廃水中からの除去が可能である。しかし、液相に存在していた場合、もともと固相に存在していた難分解性有機物を、液相へと形態変化させただけであり、沈殿槽による固液分離で廃水中からの除去が不可能なため、後段の処理が成されない場合、放流水と共に環境中へ排出される可能性が存在する。これら溶解性難分解性有機物が含まれている河川水、再度上水として利用する場合、塩素消毒により人体に対して発がん性を有するトリハロメタンを生成する物質（トリハロメタン前駆物質）となる可能性が存在する。難分解性有機物の存在形態を調べることは、廃水処理プロセスの設計のみならず、環境、人体への影響を検討する上で非常に重要である。
【００２３】
＜試験結果、及び考察＞
１．可溶化率
高温高圧水反応前後の試料のＴＯＣおよび可溶化率を図３に示した。なお、図中にはスペースの関係上、反応時間は四捨五入して示した（他の図においても同様の表示を用いることがある）。可溶化率は、処理液のＴＯＣに対するＤＯＣの比率と定義した。未処理試料のＴＯＣのほとんどが懸濁態有機炭素（ＰＯＣ）であったが、２００℃、７.４分間での高温高圧水反応後にはＤＯＣが生成され、可溶化率は０.６程度に達していた。高温高圧水反応により、余剰汚泥を構成する懸濁態成分が溶存態成分に転じることが確認された。
【００２４】
２５０℃以上の温度条件では、温度または反応時間が増すにつれてＴＯＣが減少した。この理由については、高温高圧水反応後の試料中には炭やタールのような黒色物質の生成が視覚的に確認されなかったことから有機物が炭化したのではなく、加水分解反応・熱分解反応により汚泥の構成物質が低分子化あるいは無機化したものと考えられた。最も無機化が進んだ４００℃、７.４分間の反応条件では、可溶化率は０.９程度にまで達した。
【００２５】
２．生物分解性の向上
高温高圧水反応前後における試料中のＴＯＣ（横軸）及びＢＯＤ5（縦軸）の変化を図４に示した。２００℃、６.９分間の反応条件では、ＴＯＣがほとんど減少せずにＢＯＤ5が増加していた。つまり、無機化が起こらずに生物分解性が向上していたと言える。しかしながら、２００℃、２６.９分間の反応条件では、反応時間が２０分長くなったにもかかわらず、処理前と６.９分間の反応との間に見られるほどのＢＯＤ5の増加は見られなかった。
【００２６】
また、２５０℃、７ .４分間の反応条件では、２００℃での反応に比べると、ＴＯＣが減少しており無機化が進行していたものの、ＢＯＤ5はそれほど増加しなかった。２５０℃、２７.４分間の反応条件では、さらに無機化が進んだが、ＢＯＤ5は逆に減少した。これは２００℃や２５０℃の反応温度では、加水分解反応が支配的ではあるものの、生物分解可能な成分の無機化反応が、生物分解が困難な成分から生物分解が可能な成分への構造変化反応よりも速く進むためであると考えられた。したがって、この構造変化を促進して生物分解性をさらに向上させるためには、より高い反応温度を要するものと考えられた。
【００２７】
３００℃の反応条件では、７.４分間から２７.４分間に反応時間が増したときに、大幅なＢＯＤ5の上昇が見られた。また、３５０℃や４００℃の反応条件では、７.４分間の反応時間にもかかわらず、ＴＯＣの減少量が顕著であった。しかしながら、３５０℃及び４００℃の反応条件におけるＢＯＤ5は、２５０℃、２７.４分間、または３００℃、７.４分間での高温高圧水反応における値とほぼ同じ値を示した。このことから、３５０℃及び４００℃の反応温度では、２００℃〜３００℃の反応温度では構造を変化させることが難しかった生物分解が困難な成分が、加水分解反応と熱分解反応とにより、生物分解可能な成分に転じたものと考えられた。
【００２８】
３．可溶化処理液の生物学的リン除去の炭素源としての有効性
生物学的リン除去を担うポリリン酸蓄積細菌群は、炭素源として酢酸やプロピオン酸などの低級脂肪酸を直接利用することが知られている。従って、可溶化処理液の全有機物量を生物分解性の観点で分画し、各成分を定量することが、生物学的リン除去の炭素源としての利用可能性を検討するために重要となる。本実施例では、可溶化処理液のＴ-ＣＯＤcrを、易分解性有機物、遅分解性有機物、溶解性難分解性有機物、及び固形性難分解性有機物の４成分に分画した。
【００２９】
易分解性有機物は、従属栄養細菌群により容易に摂取される有機物として分類されており、低級脂肪酸に加えて、嫌気状態で発酵プロセスにより低級脂肪酸に転じるような前駆物質も含まれている。この易分解性有機物は、ポリリン酸蓄積細菌群の炭素源としての潜在性を表す指標として重要になる。
遅分解性有機物は、従属栄養細菌群が直接摂取することはできないが、細胞外酵素による加水分解プロセスを経た後に摂取可能となる有機物として位置づけられる。ポリリン酸蓄積細菌群の炭素源は、遅分解性有機物から加水分解および発酵プロセスを経て生成される。したがって、可溶化処理液を生物学的リン除去の炭素源として利用する場合には、生物分解可能な有機物のなかでは易分解性有機物をより多く含むことが望ましい。
【００３０】
可溶化処理液の有機物成分を上記４成分に分画して定量した結果を図５に示した。なお図中において、難分解（固相）は固形性難分解性有機物を、難分解（液相）は溶解性難分解性有機物をそれぞれ意味している。
未処理の試料（反応前汚泥）では、難分解性有機物（溶解性及び固形性の和）が９０％程度を占めていたが、反応温度または反応時間が増すにつれてその割合が減少し、生物分解可能な有機物（易分解性有機物および遅分解性有機物）に転じた。２００℃、６.９分間、または３００℃、７.４分間の反応条件では、難分解性有機物から遅分解性有機物が生成されていた。３００℃、２７.４分間、３５０℃、７.４分間および４００℃、７.４分間の反応条件では、遅分解性有機物に加え、易分解性有機物が生成された。特に、４００℃、７.４分間の反応条件では、易分解性有機物および遅分解性有機物が、Ｔ-ＣＯＤcrに対して、それぞれ６７％、３１％を占めていた。
また、難分解性有機物を溶解性難分解性有機物と固形性難分解性有機物に分類したところ、反応前はほぼ全ての難分解性有機物が、固相であったのに対し、反応後、いずれの反応条件においても、難分解性有機物中における液相の割合が増加していることが確認できた。難分解性有機物中における液相の割合は、反応温度の上昇につれて増加し、反応温度３００、３５０℃において最大となったが、反応温度が４００℃に上昇すると減少した。
【００３１】
表１には、３００℃、２７.４分間、３５０℃、７.４分間、および４００℃、７.４分間の各反応条件で処理された後の可溶化処理液に含まれた酢酸（Acetic acid）、プロピオン酸（Propionic acid）及びその他の有機酸（Other organic acids）の濃度と易分解性有機物濃度（Readily biodegradable substrate）とを併せて示した。
【表１】
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プロピオン酸は、３００℃、２７.４分間の反応条件で６２０ｍｇ／Ｌと最も多く、酢酸は４００℃、７.４分間の反応条件で７３０ｍｇ／Ｌと最も高い値を示した。易分解性有機物が最も多く含まれた４００℃、７.４ｍｉｎの可溶化処理液（４５００ｍｇ／Ｌ）には、酢酸およびプロピオン酸が、易分解性有機物のそれぞれ１６％、３％含まれていた。これらの結果より、高温高圧水反応後の可溶化処理液は、生物学的リン除去の炭素源として有効に機能し得ることが示された。
【００３２】
４．可溶化処理液のリン放出活性に対する基質親和性
嫌気状態において、易分解性有機物が発酵プロセスにより低級脂肪酸に転じ、確実にポリリン酸蓄積細菌群の炭素源として利用されることを確認するために、２００℃、３００℃、４００℃での可溶化処理液を用いて、微生物からのリン放出活性試験を行った。試験結果を図６に示した。
【００３３】
リン放出速度は、４００℃での可溶化処理液が最も高く、次いで３００℃、２００℃の順であった。この結果は、酢酸またはプロピオン酸を含めた易分解性有機物の存在量に対応していた。４００℃での可溶化処理液では、液中に存在する低級脂肪酸を利用したことにより、試験開始直後から１０分までに急激なリン放出が認められた。その後、リン放出速度は低下するもののリン放出が続いた。これは、低級脂肪酸以外の易分解性有機物が発酵プロセスによる発酵産物をポリリン酸蓄積細菌群が利用したためであると考えられた。同様の傾向は、３００℃での可溶化処理液でも認められた。このように、本研究で定義した易分解性有機物は、リン放出活性に対して基質親和性があることが示された。
【００３４】
一方、易分解性有機物が生成されなかった２００℃での可溶化処理液では、リン放出試験開始直後から３０分まで、リン濃度の増加が認められず、その後リン放出が認められた。これは、遅分解性有機物が加水分解プロセスにより低分子化され、それらの一部が発酵プロセスを経るまでに一定の時間を要したためであると考えられた。
【００３５】
＜まとめ＞
廃水に高温高圧水反応を施した結果、生物分解性の改善が認められた。また、高温高圧水反応の廃水処理への適用可能性を示すことができた。
食品加工系廃水処理汚泥を対象とし、高温高圧水反応を用いて可溶化処理実験を行った。このとき、余剰汚泥可溶化処理液の生物学的リン除去の炭素源としての有効性を検討するために、処理液の有機物成分を易分解性有機物、遅分解性有機物および難分解性有機物の３種類４成分に分画した。その結果、４００℃、７.４分間の反応条件では、リン除去を担うポリリン酸蓄積細菌群が、炭素源として利用することが可能な酢酸、プロピオン酸が含まれていた。また、これらの低級脂肪酸を含めた易分解性有機物は、リン放出活性に対する基質親和性が認められた。以上のことから、この可溶化処理液は生物学的リン除去の炭素源として有効となることが明らかとなった。また、余剰汚泥を可溶化し、その後、生物反応槽へ返送する手法において、処理液の基質としての評価が重要であることを示した。
【００３６】
＜廃水処理システム＞
これまでの結果から、高温高圧水反応を活性汚泥処理プロセスに適用する場合の処理システムとして、例えば図７のものを提案することができる。
この処理システムには、難分解性有機物を含む一次廃水が流入する高温高圧水処理装置１１と、この処理装置１１によって処理された二次廃水が流入する生物処理装置１０と、その下流に配置されて固形物を沈殿させる沈殿槽１２とが設けられている。また、高温高圧水処理装置１１の下流には、ＭＡＰ法によってポリリン酸蓄積細菌群に固定されたリンを取り出すリン処理装置１３が設けられている。
【００３７】
沈殿槽１２では、固形物が沈殿されて余剰汚泥になると共に、処理後の溶液部分が最終的な処理済廃水として排出される。また、沈殿槽１２の汚泥を処理装置１１に送る経路の途中は分岐しており、その端部は生物処理装置１０の嫌気槽１４に直結されている。
処理装置１１は、一次廃水および沈殿槽１２からの余剰汚泥を高温高圧水処理することにより、難分解性有機物を易分解性有機物または遅分解性有機物に変化させる。その後、高温高圧処理済の一次廃水をリン処理装置１３を介して、生物処理装置１０に戻すようになっている。
【００３８】
また、生物処理装置１０には、高温高圧水反応済の廃水が流入する側から順に嫌気槽１４、無酸素槽１５、及び好気槽１６が設けられている。なお、図中の矢印は、廃水または汚泥の流れる方向を示す。
このシステムでは、沈殿槽１２からの引抜き汚泥の一部を高温高圧水処理装置１１に導いて可溶化し、リン処理装置１３でリン資源をリン酸マグネシウムアンモニウムとして回収（ＭＡＰ法）した後、嫌気槽１４へ戻す。また、一次廃水は、高温高圧水反処理装置１１での処理により生物分解性が改善され、リン処理装置１３でのＭＡＰ法を適応することなく嫌気槽１４へ導入される。
この構成によれば、既設の設備を大きく改造することなく、可溶化設備を増設するだけで、本発明の技術への対応が可能である。
【００３９】
本構成の特徴として、（１）活性汚泥法から発生する余剰汚泥量を低減させる、（２）産業廃棄物処理費用を大幅に低減できる、（３）既存廃水処理設備に対する大きな改造を施すことなく実施できる、（４）小型機種を標準化してユニットタイプにできる等が挙げられる。
事業場廃水処理においては、構造が過小すぎる、専門技術者が不足している、経費節減、或いは廃水性状が好ましくない等の理由から、必ずしも最適な維持管理が行われていないという実態がある。このように、廃水処理の高度化対策は、必ずしも窒素・リン処理の導入にとどまらず、工場内対策の組合せ、既存施設の改善、維持管理の適正化高度化など、多様性を有するものと考えられる。その多様性の中から、個々の事業場や業種に最適な高度化対策を選択して適用することが必要となる。
【００４０】
このような観点に基づいて、第五次水質総量規制に併せ、各事業場に対して様々な助言を行い、本発明を用いて廃水処理プロセスの改善を図ることができる。同時に管理者育成によるメンテナンスマンパワーの増強を目的とする事業が、成り立ち得ると考えられる。更に、流入・流出廃水の測定を行い、より適当な運転条件を検討することにより、ランニングコストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】高温高圧水処理装置の概要を示す図である。
【図２】酸素消費速度試験の結果と易分解性有機物濃度との関係を示すグラフである。
【図３】高温高圧水反応の前後における余剰汚泥のＴＯＣ及び可溶化率を示すグラフである。
【図４】高温高圧水反応の前後におけるＴＯＣとＢＯＤ5との変化を示すグラフである。
【図５】高温高圧水反応の前後における有機物成分（難分解（固相）、難分解（液相）、遅分解、易分解）の変化を示すグラフである。
【図６】２００℃、３００℃、４００℃での可溶化処理液を用いたときの微生物からのリン放出活性試験を行った結果を示すグラフである。
【図７】本実施形態における廃水処理システムの概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…高温高圧水処理装置
１０…生物処理装置
１２…沈殿槽
１４…嫌気槽
１５…無酸素槽
１６…好気槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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